CHAPITRE 2 La répartition des êtres vivants dans un milieu Ces deu photos peuvent être utilisées pour permettre au élèves de découvrir la répartition différente de deu poissons. L évocation d une eplication possible de cette répartition s appuie, dans un premier temps, sur les connaissances établies à l école primaire, en 6 e et au cours du chapitre précédent : chaque être vivant trouve dans son environnement les conditions nécessaires à sa vie ; les êtres vivants ne sont pas répartis au hasard, leur répartition dépend des caractéristiques de l environnement ; la respiration se manifeste par un échange de gaz entre un être vivant et son milieu. La plupart des êtres vivants absorbent le dioygène contenu dans l air ou dissous dans l eau : leurs organes en ont besoin. Les informations prélevées dans les deu photos conduisent à formuler le problème : «Quels facteurs du milieu influencent la répartition des êtres vivants?» 16 CHAPITRE 2
Classe de cinquième Programmes officiels Notions-Contenus Compétences Eemples d activités Les caractéristiques du milieu déterminent les conditions de la respiration et influent ainsi sur la répartition des êtres vivants. [Thèmes : Statistiques, Environnement] [Maths : moyenne des relevés, tableau, graphiques] [Physique-Chimie : dioygène dissous et température de l eau] [Français : compte-rendu écrit, oral] Les caractéristiques physiques d un milieu (température, agitation) conditionnent sa teneur en dioygène et influent ainsi sur la répartition des êtres vivants. À la lumière, les végétau chlorophylliens contribuent à oygéner le milieu. En modifiant les conditions de respiration dans les milieu, l Homme influe sur leur qualité et leur équilibre. Epliquer la modification de l occupation d un milieu par la variation d un facteur (température, pollution, agitation, peuplement végétal) influant sur la respiration. Relier la répartition des êtres vivants à une teneur en dioygène. Mettre en évidence le rejet de dioygène par les végétau chlorophylliens à la lumière. Relier l oygénation d un milieu et la présence de végétau chlorophylliens. Relier action de l Homme sur l environnement et effet sur la répartition des êtres vivants. Présenter par écrit et/ou oralement les résultats d une recherche. I/Ra recherche d une eplication à la répartition d animau vivant dans un cours d eau. Re mise en évidence par EAO du rejet de dioygène par les végétau chlorophylliens durant 24 heures. Re/Ra mise en évidence et comparaison du rejet de dioygène par les végétau chlorophylliens à la lumière et à l obscurité. I recherche documentaire sur la responsabilité de l Homme dans la modification des conditions de la respiration. [B2i] C présentation écrite et/ou orale, assistée ou non par ordinateur, de résultats de travau de groupes. [B2i] I/Ra eploitation de données sur la répartition d êtres vivants d un même milieu, à deu endroits ou moments différents en liaison avec une action de l Homme. Les acquis de l école primaire Programme officiel paru au B.O. hors série n 1 du 14 février 2002 consultable sur le site du B.O. : http://www.education.gouv.fr/bo/2002/hs1 Au cycle 2 Diversité du vivant et diversité des milieu Sensibilisation au problèmes de l environnement, prise de conscience de la fragilité des équilibres observés dans les milieu de vie. Au cycle 3 Éducation à l environnement Approche écologique à partir de l environnement proche. Rôle et place des êtres vivants, notions de chaînes et de réseau alimentaires. Documents d accompagnement fiche 10, cycles 2 et 3 consultable sur le site du CNDP : http://www.cndp.fr/ à la rubrique «Enseigner primaire secondaire» CHAPITRE 2 17
ACTIVITÉ 1 Répartition des animau le long d un cours d eau Les objectifs visés Cette activité a pour but de montrer que, pour les poissons : les caractéristiques de leur milieu de vie sont modifiées au long du cours d une rivière ; leur répartition, dans une rivière, varie suivant les caractéristiques du cours d eau ; cette répartition est spécialement à mettre en relation avec la teneur en dioygène de l eau. Connaissances construites Les êtres vivants se répartissent dans les milieu en fonction de la teneur en dioygène. La répartition des êtres vivants dans les milieu est à mettre en relation avec les conditions de la respiration. 18 CHAPITRE 2
Capacités et compétences développées Relier la répartition des êtres vivants à une teneur en dioygène (documents a à h). (I/Ra) Réponses au questions posées 1 2 3 Les caractéristiques qui changent entre l amont et l aval de la rivière sont : l agitation de l eau (importante en amont et faible en aval) ; la température (qui augmente de l amont vers l aval) ; la teneur en dioygène (qui diminue de l amont vers l aval). Le vairon, la truite des rivières et le goujon ne survivent qui si la teneur de l eau en dioygène est élevée (supérieure à 5 à 7 ml/l d eau). L amont de la rivière présente une forte teneur en dioygène (8 à 10 ml par litre d eau) : les animau peuvent donc y vivre. L aval de la rivière présente une teneur en dioygène faible (5 à 6 ml/l d eau) : ces animau ne peuvent y survivre. La carpe, le gardon et la tanche sont capables de supporter des teneurs en dioygène dans l eau faibles à très faibles (4 à 0,5 ml/l d eau). Matériel et mise en œuvre La mise en œuvre de cette activité peut être facilitée par : Le recueil de données concernant le milieu aquatique. Le programme invite à étudier ce milieu. En effet, seul ce milieu présente des variations sensibles de la teneur en dioygène. Le recueil de fiches sur différents poissons présentant les lieu où on les trouve dans une rivière, leur préférendum, dont celui concernant la teneur en dioygène. Le recueil de données concernant la qualité des eau. On peut imaginer faire les mesures de la teneur en dioygène des eau lors d une sortie avec un oymètre portatif. En revanche, il faut abandonner l idée de pouvoir faire des mesures sur de l eau prélevée quelques temps plus tôt et stockée dans des bocau. Même si ceuci sont étanches, ils contiennent de l eau non stérile donc contenant différents micro-organismes consommateurs de dioygène. Les mesures envisagées sont donc faussées. Les données supplémentaires concernant d autres poissons peuvent être trouvées sur le net. Un site wallon paraît particulièrement riche : http://mrw.wallonie.be/dgrne/sibw/especes/ecologie/poissons/home.html Les documents du manuel sont à projeter à partir du CD-Rom. CHAPITRE 2 19
ACTIVITÉ 2 Des conditions de la respiration variées Les objectifs visés Cette activité a pour but de montrer que différents facteurs influent sur la teneur en dioygène du milieu. Des mesures réalisées grâce à l utilisation de matériel EAO permettent de déterminer l influence : de la température de l eau ; de l agitation de l eau ; de la présence des végétau. Connaissances construites Les caractéristiques physiques du milieu déterminent sa teneur en dioygène : une eau chaude présente une teneur en dioygène plus faible qu une eau froide ; une eau agitée présente une teneur en dioygène plus importante qu une eau calme. Les végétau chlorophylliens, à la lumière, rejettent du dioygène dans le milieu : ils contribuent donc à oygéner le milieu. Les variations de la température et de l agitation influencent les conditions de la respiration dans l eau. [B2i] 20 CHAPITRE 2
Capacités et compétences développées Relier l oygénation d un milieu et la présence de végétau chlorophylliens (document c). (I/Ra) Mettre en évidence le rejet de dioygène par les végétau chlorophylliens à la lumière (document d). (Re/Ra) Réponses au questions posées 1 2 3 4 5 On constate que, lorsque la température de l eau augmente, la teneur en dioygène de l eau diminue. On constate que, lorsque l eau n est pas agitée, la teneur en dioygène reste constante à 4,6 mg/l. Lorsque que l eau est agitée, la teneur en dioygène augmente (4,5 à 9,0 mg/l) pendant la durée de l agitation. L agitation contribue à oygéner l eau. Le premier chapitre a permis de mettre en évidence que, au cours de la respiration, les animau comme les végétau absorbaient du dioygène et rejetaient du dioyde de carbone. En toute logique, dans ces bulles de gaz, on devrait trouver du dioyde de carbone. Ce qui n est pas cohérent avec les besoins des insectes. Donc ces bulles contiennent du dioygène que les insectes viennent prélever. Pendant une période de lumière, la teneur en dioygène de l eau augmente. Pendant une période d obscurité, la teneur en dioygène diminue. Pendant la période de lumière, l augmentation de la teneur en dioygène de l eau est due au végétau chlorophylliens qui, à la lumière, rejettent du dioygène. Matériel et mise en œuvre Les mesures de la teneur en dioygène de l eau en fonction de la température réalisées dans le cours de physique-chimie. Un agitateur magnétique, un cristallisoir, un oymètre relié à un dispositif EAO (Jeulin, Micrelec, Pierron). De l élodée, du cabumba, une solution de bicarbonate, un dispositif EAO avec sonde oymétrique et sonde lumineuse. Astuces Il est possible d obtenir une eau pauvre en dioygène en la portant à ébullition. Un refroidissement rapide est alors nécessaire pour pouvoir réaliser la mesure de l influence de l agitation. Effectuer la mesure sans agitation puis la mesure lors de l agitation. La mesure de la teneur en dioygène du milieu peut-être réalisée sans matériel EAO mais avec un oymètre. Un relevé de la teneur en dioygène est réalisé toutes les 20 secondes. En utilisant un outil tableur d une suite (OpenOffice ou bien Microsoft), il est possible de tracer les courbes correspondantes. [B2i] Pour la mesure avec le matériel végétal, il suffit de couper les feuilles en 2 ou 3. Placer le matériel végétal dans l enceinte et placer de l eau tiède autour de l enceinte. Les végétau sont beaucoup plus réactifs dans cette situation. Ne pas oublier d ajouter une source de dioyde de carbone avec la solution de bicarbonate de potassium. Il est possible d amener les élèves à rechercher la signification de la diminution de la teneur en dioygène de l eau lors des périodes d obscurité, en présence de végétau. Les documents du manuel sont à projeter à partir du CD-Rom. CHAPITRE 2 21
ACTIVITÉ 3 L influence de l Homme sur les conditions de la respiration Les objectifs visés Cette activité a pour but de montrer que : l Homme influe sur la répartition des êtres vivants en modifiant les caractéristiques et les qualités du milieu de vie ; l action de l Homme par des pollutions ou par des actions d épuration d un milieu conditionne la teneur en dioygène de celui-ci. Il influe ainsi sur les conditions de la respiration des êtres vivants. Connaissances construites En modifiant les conditions de respiration dans les milieu, l Homme influe sur leur qualité et leur équilibre. 22 CHAPITRE 2
Capacités et compétences développées Relier action de l Homme sur l environnement et effet sur la répartition des êtres vivants (document a à d). (I/Ra) Réponses au questions posées 1 2 3 4 5 6 On constate que la teneur en substances polluantes dans la rivière est plus importante après la ville. On peut donc proposer comme eplication à l augmentation de cette teneur, les rejets de matières polluantes de la ville dans la rivière. On constate que les êtres vivants trouvés dans la rivière avant la ville ne sont plus du tout présents après la ville. Lors de son passage dans la ville, l eau de la rivière reçoit des rejets polluants. Des bactéries vont dégrader ces matières polluantes en consommant du dioygène. L eau de la rivière est appauvrie en dioygène. Les êtres vivants trouvés dans la rivière avant la ville ne peuvent plus survivre. D autres êtres vivants s installent. Ils sont capables de supporter la faible teneur en dioygène de l eau. Entre 1870 et 1970, la teneur en dioygène de la Seine diminue à 100 km en aval de Paris (de 6 à 1,8 mg/l). Puis de 1970 à 2003, elle augmente (1,8 à 4,8 mg/l). La diminution a deu origines : les rejets des eau usées directement dans le fleuve et l augmentation de la population dans la région parisienne. Les eau étaient alors de plus en plus riches en substances polluantes qui étaient dégradées par des bactéries. Cette dégradation est consommatrice de dioygène. L augmentation est due au fait que les eau sont traitées et épurées dans des stations d épuration avant d être rejetées dans la Seine. La raréfaction des poissons dans la Seine entre 1870 et 1970 est due à l appauvrissement de la teneur en dioygène de l eau de la Seine. Depuis 1970, l Homme traite ses eau avant de les rejeter dans la Seine. Cela a permis une augmentation de la teneur en dioygène dans l eau de la Seine. Les conditions de la respiration sont meilleures. À nouveau, des espèces de poissons se sont installées dans la rivière. Matériel et mise en œuvre Cette activité vise à montrer l action de l Homme sur la teneur en dioygène et en conséquence sur le peuplement du milieu. Tout comme pour la première activité, des mesures peuvent être réalisées sur la teneur de l eau en dioygène lors d une sortie. Il faut être attentif à montrer des actions bénéfiques de l Homme sur ce milieu. Une sortie dans une station d épuration permet de montrer une des actions bénéfiques. Le site SIAAP : http://www.siaap.fr/ donne des données concrètes et pédagogiques sur le traitement de la qualité de l eau de la Seine. Les documents du manuel sont à projeter à partir du CD-Rom. CHAPITRE 2 23
EXERCICES Appliquer ses connaissances 2 Les végétau chlorophylliens et la lumière 1. De 0 à 1 minute, la teneur en dioygène de l eau diminue de 5,2 à 4,8 mg/l. De 1 à 5 minutes, la teneur augmente de 4,8 à 6,0 mg/l. De 5 à 6 minutes, la teneur diminue de 6 à 5,6 mg/l. 2. On constate que de 1 à 5 minutes, lorsque la teneur en dioygène augmente, les végétau sont éclairés. De plus on constate que, lors des deu premières minutes d éclairement, l intensité lumineuse étant plus importante (1000 W/m 2 ), le dégagement total de dioygène est de 5,6 4,8 = 0,8 mg/l. Lors des deu dernières minutes d éclairement, l intensité lumineuse étant plus faible (500 W/m 2 ), le dégagement total de dioygène est de 6,0 5,6 = 0,4 mg/l. Donc l intensité de l éclairement influence la production de dioygène par les végétau. 3 Mettre en évidence le dégagement de dioygène 1. Deu manipulations sont réalisées, l une à la lumière, l autre à l obscurité. Dans les deu cas, des végétau sont placés dans un cristallisoir rempli d eau. On place au-dessus de ces végétau un entonnoir renversé. Sur l entonnoir, on place un tube à essai rempli d eau. 2. Il n y a aucun changement dans la manipulation à l obscurité. Dans la manipulation placée à la lumière, on constate que du gaz s est accumulé au sommet du tube à essai. 3. À la lumière, les végétau ont dégagé du dioygène qui s est accumulé au sommet du tube à essai. 4 L altitude et le dioygène de l air 1. Le tete fournit l eplication: l oygène (dioygène) se fait rare en altitude. 2. Les lamas de l Altiplano peuvent survivre à la raréfaction du dioygène car ils peuvent prélever de façon plus efficace le dioygène de l air. 5 Teneur en dioygène et diversité des êtres vivants 24 CHAPITRE 2 1. On constate sur le premier graphique que: de 1870 à 1970, la teneur en dioygène de l air diminue de 10 à 2 mg/l; de 1970 à 2000, la teneur augmente de 2 à 8 mg/l. 2. On constate sur le deuième graphique que: de 1870 à 1970, le nombre d espèces de poissons diminue de 120 à moins de 5; de 1970 à 2000, le nombre d espèces augmente de 5 à 40. 3. On constate que, lorsque la teneur en dioygène diminue dans la rivière, le nombre d espèces de poissons fait de même. Lorsque cette teneur augmente, le nombre d espèces de poissons augmente aussi.
6 Des îlots de survie pour la Seine 1. Les bactéries prolifèrent lors d une pollution. 2. Lors d une crue, il y a pollution de la Seine, la teneur en dioygène de l eau diminue alors: les bactéries qui dégradent les substances polluantes utilisent du dioygène. 3. Les îlots de survie permettent d injecter du dioygène dans la Seine lors de crue. Cela permet au êtres vivants qui peuvent souffrir de la diminution de la teneur en dioygène de survivre. 7 L Isère et sa pollution 1. On constate qu avant la zone de pollution, en amont de Grenoble, le nombre d espèces d animau est supérieur à 22. Puis, dans la zone de pollution, en aval de Grenoble, le nombre d espèces est inférieur à 5 (l échelle est la même). Donc la pollution fait diminuer le nombre d espèces d animau. 2. La pollution de l Isère est due à l arrivée des eau polluées du Drac dans l Isère. 3. On constate qu à partir de la station 4, le nombre d espèces d animau augmente à nouveau. La rivière est certainement moins polluée. (L activité 3 permet de dire que des bactéries ont dégradé les substances polluantes.) 8 Des animau à classer 1. Critère Animal Carpe Lombric Lama Demoiselle Poule d eau Grenouille verte Argyronète Squelette interne Squelette eterne Corps mou Nageoires Pattes Poils Plumes 2. Animal Carpe Lombric Lama Demoiselle Poule d eau Grenouille verte Argyronète Groupe vertébrés poissons annélides vertébrés mammifères arthropodes insectes vertébrés oiseau vertébrés amphibiens arthropodes arachnides CHAPITRE 2 25